摘要：近年来，随着我国经济的快速发展，人们的生活水平不断提高，电器使用频率增加，旧电器报废率不断增高。根据国家发改委2013年3月公布的数据，按照常用家用电器的使用寿命计算，中国每年的家用电器理论报废量已超过5000万台，且以年均20%速度在增长。预计到“十二五”末期，彩电、空调、冰箱等5类家电的年报废量将高达1.6亿台。废旧家用电器线路板中的元器件、铜、金等依然有很高的回收再利用价值，回收处理的技术较为复杂，具有重大的社会意义与经济价值。
关键词：线路板；元器件；脱焊；热风口
引言
针对线路板与元器件的无损分离技术研究与设备的研制，采用空气作为脱焊的介质，使用机械的方式实现器件引脚、焊料、线路板之间的无损分离。通过试验的方法对加热方式、加热口结构、分离结构等进行设计，验证了最佳温度范围是200~240℃，喷嘴相关参数涉及开口大小、高度、倾斜角等。考虑到电子器件的回收再利用，电子器件的拆卸要求是无损和高效的。目前，我国在器件拆卸无损和高效所需的技术与装备依然是起步、摸索阶段。为此，查阅了大量的国内、国外对于拆卸方面的研究资料以及在项目中做了大量的实验，并研制了一台能够实现器件与线路板无损而高效的拆卸专用设备，主要创新点是拆卸后器件的完好率可达98%、温度控制误差小、有害气体可回收、所需能耗较低。
1拆卸装置结构设计
拆卸装置结构由两个部分组成：一是脱焊装置结构；一是分离装置结构。
1.1脱焊装置结构设计
脱焊就是要求无铅焊膏在一定温度下能够熔化，以便引脚与线路板分离。脱焊方案是在密封加热箱的顶部设计一个可上下移动的整齐排列的喷嘴，向线路板表面喷吹热空气，以使器件引脚与焊盘间的锡膏熔化。脱焊过程中，将会涉及到器件的性能安全性、线路板的性能参数、焊膏的熔化温度等，综合以上的情形，脱焊设计主要考虑的因素有加热温度、加热时间、热风速度、加热点与器件间的距离。为了使整块线路板受热均匀、所耗能量小，采用封闭加热箱中密排矩阵式小喷嘴的脱焊方式，为了能够充分利用热能，加热热风口喷嘴设计成为喇叭型.
1.2分离装置结构设计
分离就是要求焊膏在高温下熔化的同时，通过机械装置产生的外力，使元器件的引脚与焊盘以及锡膏完全分离并从线路板上掉落下来。本结构采用对称式凸轮机构，从凸轮结构的旋转运动转变为线路板的上下直线运动，利用惯性原理达到器件与线路板分离。工作过程：把带有元器件的线路板放置在支架10上，支架10通过4进行支撑，利用气动元件对线路板施加外力P并使其夹紧。通过密排喷嘴结构8对线路板表面进行加热到指定温度后，电机5工作并带动圆锥齿轮传动，圆锥齿轮传动与凸轮机构同轴，从而实现凸轮机构的旋转运动转变为杆件的上下直线运动，将使支架10作向上以及向下运动，标号3为弹簧片叠加机构，以使10作向下运动时实现缓冲功能，由于惯性的原理，器件最终将与线路板完全分离。由于在加热过程中，焊料、线路板、器件引脚等将会发出有毒气体，从而污染环境，在设备的外面附加一个储气罐，以便对有毒气体进行无害化处理。
2试验过程与结果分析
2.1喷嘴结构方案设计
喷嘴结构参数主要有内径d、喷嘴高度h以及倾斜角α，这些参数的设定将直接影响元器件引脚脱焊的效果。试验条件：（1）取一块带有元器件的线路板，放置在离喷嘴口距离为h+3mm的位置；（2）选取加热温度为230℃；（3）选取加热风速为7m/s。试验过程：（1）选取d为6~15mm，间隔为1mm递增，观察不同的直径对于锡膏溶化时所需的时间。试验结果：在直径为9mm左右，温度为230℃，溶化锡膏所需的时间大约为23s。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（2）设定d=9mm，选取h为0~10mm，间隔为1mm递增，观察不同的高度对于锡膏溶化时所需的时间。试验结果：在喷嘴高度为4mm左右，溶化锡膏所需的时间相对较小，为23s。（3）设定d=9mm，h=4mm，选取α为0°~90°之间，间隔10°递增，观察不同的角度对于加热效果的影响。根据试验数据，并对其进行分析得知，当α选取20°~30°之间时，获取的热能是最大的。
2.2加热温度方案设计
试验条件：（1）选取一块带有元器件的线路板；（2）喷嘴选用d=9mm，h=4mm，α为25°。试验过程：选取加热温度为180~280℃，间隔为10℃递增，观察不同的温度对于脱焊的效果。当加热温度为220℃左右时，所需的加热时间为23s，低于200℃时，加热时间过长，不可取；高于230℃时，加热时间变化极小，综合评价，选取210~230℃。
2.3器件拆卸方案设计
由于多种因素的存在，插装式器件引脚由于过长，可能会产生弯曲等现象（图9），这种情形对于拆卸而言是不利的，同时也是拆卸的最大困难。拆卸弯折引脚时需要的外力要比正常引脚要大需要，因此对其进行受力分析，其中：r为引脚中心与环边的间距，θx为引脚倾斜角度，lx为弯曲点与受力点的间距，d为引脚的弯曲长度。同时设引脚发生偏移使得临界转矩为M。由于0≤θx≤90°，所以Fdismax=M（sinθx）2/r从上面公式可以看出，焊膏熔化时，元器件引脚的受力和引脚弯曲角度正弦的平方成正比，这就是引脚弯曲拆卸困难的主要原因。假如弯曲角度为30°，那么拆卸力为60N。表面贴装器件的拆卸，由于只受附着力、元器件质量的影响，相对于插装器件而言，所需的拆卸力很小，所以主要考虑插装器件即可。因而，在设计拆卸器件所需力时，只要合理选用电机、圆锥齿轮、凸轮机构与旋转速度与频率，使其产生足够的外力（大于理论值120N）即可顺利拆卸。经过试验验证，当参数选择合理时（保证95%~100%的器件安全）可以使95%的器件能够安全分离出来。
结语
实现线路板上元器件的拆卸具有实际意义：一是线路板中金属含量较高，回收利用价值较大；一是器件中具有有毒物质，不处理，将会导致很大的污染产生。本次研究在自造设备的基础上，做了大量的试验，并对其进行了综合分析，可以得知：（1）加热温度适宜在200~240℃之间，可以很好地熔化无铅焊料；（2）加热的风速可以设定在4mm左右；（3）热风口距离线路板上的器件间距为10mm左右；（4）喷嘴直径为9mm左右、高度为4mm左右、倾斜角为20°~30°之间；（5）依据线路板上的器件特征，选取合适的旋转速度以及振动频率。
参考文献
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论文作者:马闯
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年12期
论文发表时间:2019/8/23
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